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1、《材料組成的優(yōu)化》教案 教學過程 1、改變材料的組成 ⑴合金 【教師提問】什么叫合金？ 【學生回答】 兩種或兩種以上的金屬（或金屬跟非金屬）熔合而成的具有金屬特性的物質 叫合金。 【教師講解】形成合金的一般條件是：存在一個溫度 T,在該溫度下，其各組分金屬都 呈液態(tài)。 【教師提問】合金可分為哪三種基本類型？舉例說明。 【學生回答】 ①相互溶解，形成固溶體。如黃銅 （Cu-Zn合金），外觀像黃金，舊稱 湯黃金：黃銅敲起 來音響很好，可用于制作鑼、錢、鈴、號等樂器。 ②相互起化學作用，形成金屬化合物。如 Al-Ti合金，它的耐腐蝕性比不銹鋼高 100倍。 ③相互混合，形成機

2、械混合物。如焊錫 （Sn-Pb合金） 【教師提問】你還能舉出哪些合金？ 【學生回答】 鋼（Fe-C合金）。是世界上最常見、用量最大的合金。 生鐵（Fe-C合金）。生鐵的含碳量比鋼高。 青銅（Cu-Sn合金）。我國商代的 司母戊大鼎”就是用青銅鑄造的。 鈉鉀合金。在常溫下呈液態(tài)，是原子反應堆的導熱劑。 鎂合金、鋁合金。強度大，質量輕，用于飛機、汽車、輪船等制造業(yè)，也用于現(xiàn)代建筑。 【教師講解】合金的硬度一般比組成它的各成分金屬的大， 熔點一般比組成它的各成分 金屬的低。 【教師提問】稀土（周期表IIIB族中的Sc、丫例系元素，共17種）合金中的例-饃合金（LaNi 5）屬于

3、何種類型的合金（金屬固溶體、金屬化合物、機械混合物 ）?它有何應用？ 【學生回答】例-饃合金（LaNi 5）屬于金屬化合物。其主要應用有： ①作貯氫材料。 LaNi 5+3H24劉卜LaNi 5H6 AH=-31.77kJ m ol-1 ②制造貯氫合金的空調器。 ③精制氫氣。 2、硅酸鹽材料和特種陶瓷 【教師提問】下列物質：① NaOH（aq）；②HNC>3（aq）；③澳水；④Na2s（aq）；⑤KMnO4（a q）；⑥Na2CO3（aq）；⑦氫氟酸；⑧水玻璃；⑨石灰水；⑩汽油。 其中不能用玻璃試劑瓶盛放的是 ;盛放時可用玻璃瓶，但不能用玻塞的 是;盛放時可用玻璃瓶，但不能用橡皮

4、塞的是 。 【學生回答】（略） 【教師提問】常見的硅酸鹽材料有哪些？ 【學生回答】水泥、玻璃、陶瓷等。 ⑴水泥 【教師提問】生產(chǎn)水泥的原料是什么？ 【學生回答】石灰石和黏土 （主要成分是高嶺土）。 【教師提問】水泥的主要成分是什么？ 【學生回答】硅酸三鈣（3CaO?SiO2）、硅酸二鈣（2CaO SiO2）和鋁酸三鈣（3CaO Al 2O3）o 【教師提問】水泥具有什么性質？ 【學生回答】水硬性（與膠體的性質有關）。 【教師提問】水泥中為什么要加入石膏？ 【學生回答】調節(jié)水泥的硬化速率。 ⑵玻璃 【教師提問】玻璃態(tài)物質結構特征是什么？玻璃態(tài)物質是混合物還是純凈物？有

5、沒有固 定的熔點？ 【學生回答】短程有序，遠程無序；混合物；沒有。 【教師提問】生產(chǎn)玻璃的原料是什么？ 【學生回答】純堿、石灰石和石英。 【教師提問】普通玻璃的主要成分是什么？ 【學生回答】 Na2SiO3 CaSiO3 4SiO2或Na?。CaO 6SiO2 【教師提問】玻璃是純凈物還是混合物？是晶體還是非晶體？ 【學生回答】混合物。非晶體。 【教師提問】普通玻璃一般呈淡綠色，這是為什么？ 【學生回答】這是因為原料中混有二價鐵。 【教師講解】介紹幾種特種玻璃： ①鋼化玻璃：把普通玻璃放在電爐里加熱，使軟化，然后急速冷卻，得到鋼化玻璃。用 作汽車、火車的窗玻璃等。 （

6、鋼化玻璃的成分與普通玻璃有無區(qū)別？ ） ②石英玻璃：將石英加熱熔化，然后迅速降溫，使粒子 凍結”于無序狀態(tài)，得到石英玻 璃。用作化學儀器、高壓水銀燈的燈殼等。 （石英玻璃是原子晶體嗎？） ③硼酸鹽玻璃：原料中加入硼砂 （Na2B4O7 10H2O）,制得硼酸鹽玻璃。硼酸鹽玻璃的膨 脹系數(shù)小，化學穩(wěn)定性好，用于制化學儀器。 ④鉛玻璃：原料中加入 PbO,制得鉛玻璃。鉛玻璃折光率強，作光學玻璃。 ⑤有色玻璃：原料中加入氧化鉆 （CO2O3）得藍色玻璃，加氧化亞銅（CU2O）得紅色玻璃。 ⑶陶瓷（陶器、瓷器） 【教師提問】制造陶瓷的主要原料是什么？ 【學生回答】黏土。 【教師提問

7、】精細陶瓷的化學組成已遠遠超出了硅酸鹽的范圍。 如高溫結構陶瓷的化學 組成是氮化硅。試寫出氮化硅的化學式。 【學生板演】Si3N4 【教師提問】氮化硅陶瓷被稱為像鋼一樣強，像金剛石一樣硬，像鋁一樣輕”的新型陶 瓷。試問氮化硅屬于何種晶體類型？ 【學生回答】原子晶體。 【教師提問】舉例說明新型陶瓷的兩大類型。 【學生回答】新型陶瓷可分為結構陶瓷 （工程陶瓷）和功能陶瓷。如氮化硅（Si3N4）屬于結 構陶瓷，氧化鋁、氧化錯生物陶瓷屬于功能陶瓷。 【教師提問】合成氮化硅的方法有三種：①純硅粉與純氮氣在 13000c時直接反應；②S iO2在N2中用碳還原氮化；③ SiCl4與NH3

8、反應。試寫出有關反應的化學方程式。 【學生板演】 ①3Si+2N -Si3N4 ② 3SiO2+6C+2N2 Si3N4+6COT ③3SiCl4+4NH 3^= Si3N4+12HCl 3、提高材料的純度 ⑴用超純硅制造單晶硅 【教師提問】什么叫單晶？ 【學生回答】整塊晶體由一顆晶粒組成。 粗硅提純采用如下方法： 方法一：將粗硅在高溫下跟 C12反應生成SiCl4,經(jīng)精儲提純后再用 “還原得到純硅。 方法二：將粗硅在280~3000c下跟HCl反應生成SiHCl3,經(jīng)精儲提純后再在1100~12000c 下用H2還原得到純硅。 試寫出有關反應的化學方程式。 【學生板

9、演】 方法一：Si+2c12 %SiCl4（l）； SiCl4+2H2 幽Si+4HCl 方法二：Si+3HC1 SiHCl 3+H2 ; SiHCl 3+H 21100-］：0t＞：c Si+3HC1 【教師講解】將高純度的硅熔融拉制成單晶硅，單晶硅是制造芯片的材料。 ⑵光纖的制造 【教師提問】制取光纖的主要原料是什么？ 【學生回答】二氧化硅。 4、研制納米材料 【教師講解】目前，材料的尺寸已由三維塊狀向二維薄膜、 一維纖維和準零維的納米材 料尺度的方向發(fā)展。 【教師提問】納米材料的顆粒尺寸為多少？ 【學生回答】1700nm（與膠體微粒的直徑相當） 【教師提問】納米顆

10、粒無法用機械粉碎法獲得， 可通過物理或化學方法制得。加熱草酸 亞鐵后所得的黑色粉末中含有可自燃的納米鐵。 試寫出草酸亞鐵加熱后生成納米鐵的化學方 程式。 【學生板演】FeC2O4 生 FeO+COT +2CO2 T FeO+CO Fe+CO2 課堂練習 1、（多選）一些金屬的熔點和沸點數(shù)據(jù)如下表: 金屬 熔沸點 Fe Cu Zn Ag Au W 熔點 1535 1083 419.5 960.8 1063 3380 沸點 3000 2595 907 2212 2707 5627 上表中金屬難與表中其它金屬形成二元合金的是： A、Zn

11、B、Fe C、W D、Ag 【答案】A、C 2、用氧化物的形式表示下列硅酸鹽的組成： ①鎂橄欖石 Mg2SiO4②鈉長石 NaAlSi 3。8③高嶺土（瓷土）Al 2（Si2O5）（OH） 4④綠 柱石 Be3Al2Si6O18 3、寫出生產(chǎn)玻璃的有關反應方程式。 【答案】Na2CO3+SiO2 JO! Na2SiO3+CO2 T CaCO3+SiO2 砸‘CaSiO3+CO2 T 4、已知周期表中，元素Q、R、W、Y與元素X相鄰。Y的最高價氧化物的水化物是強酸。 回答下列問題： ⑴W與Q可以形成一種高溫結構陶瓷材料。 W的氯化物分子呈正四面體結構， W的氧化 物的晶體類型是

12、①； ⑵Q的具有相同化合價且可以相互轉變的氧化物是 ②; ⑶R和Y形成的二元化合物中， R呈現(xiàn)最高化合價的化合物的化學式是③ ; ⑷這5種元素的氫化物分子中，①立體結構類型相同的氫化物的沸點從高到低排列次序 是（填化學式）④，其原因是 ⑤； ②電子總數(shù)相同的氫化物的化學式和立體結構分別是 ⑥; ⑸W和Q所形成的結構陶瓷材料的一種合成方法如下： W的氯化物與Q的氫化物加熱反 應，生成化合物 W(QH2)4和HCl氣體；W(QH2)4在高溫下分解生成 Q的氫化物和該陶瓷材料。 上述相關反應的化學方程式 (各物質用化學式表示)是： ⑦。 5、隨著科學技術的飛速發(fā)展，出現(xiàn)了許多新型無機

13、材料，如可植入生物體內的生物陶 瓷HAP[Cam(PO4)n(OH)2],已被醫(yī)療上用于修補人體的骨骼和牙組織。 HAP的化學式中m為: A、 3n 2 2 3nN C、 2n-2 3 D、n+1 6、寫出制取粗硅的化學反應式。 【答案】SiO2+2C型.Si+2CO T 生成純度很高的二氧化硅， 然后熔化拉制, 7、工業(yè)上用氧氣和四氯化硅在高溫下反應, 得到光纖。試寫出制取二氧化硅的反應方程式。 【答案】SiCK+O2 SiO2+2Cl 2 課后作業(yè) 1、教科書 /P.79/3. 2、超細氧化鋁是一種重要的功能陶瓷原料。 ⑴實驗室常以NH4Al(SO4)

14、2和NH4HCO3為原料，在一定條件下先反應生成沉淀 NH4AIO (OH)HCO 3,該沉淀高溫分解即得超細 Al 2O3 0 NH 4AlO(OH)HCO 3熱分解的化學反應方程式為 ⑵NH4Al(SO4/12H2O的相對分子質量為453。欲配制100mLPH為2、濃度約為0.1mol L 1的NH4Al(SO4)2溶液，配制過程為： ①用托盤天平稱量 NH 4Al(SO 4)2 12H 2O固體 ② g ； ②將上述固體置于燒杯中， ③。 ⑶在0.1mol L-1NH4Al(SO4)2溶液中，鋁各形態(tài)的濃度 (以Al 3+計)的對數(shù)(lgc)隨溶液pH變化的關系見右圖：

15、①用NaOH溶液調節(jié)⑵中溶液pH至7,該過程中發(fā)生反應的 離子方程式有： ④； 卜卜到中卜中H中 -rH-3-H-i-^ H-+4-H 4- H 一 ■ J- l X-1- L J ^L.4. J -L uwmm a伊 m芯明星：用0 L _i_ K l J_ l J,_i_ i. J . *卜卜，卜卜? 2 A 6 8 10 12 1.4 pH ②請在下圖中，畫出0.01molLNH4Al(SO4)2溶液中鋁各形 態(tài)的濃度的對數(shù)lgc隨溶液pH變化的關系圖，并進行必要的標 & -1 注。 ⑤ % 3、單晶硅是信息產(chǎn)業(yè)中重要的基礎材料。通常用碳在高 ： 溫下

16、還原二氧化硅制得粗硅 (含鐵、鋁、硼、磷等雜質 ),粗硅 與氯氣反應生成四氯化硅(反應溫度450~500C),四氯化硅經(jīng)提 純后用氫氣還原可得高純硅。以下是實驗室制備四氯化硅的裝 置示意圖。 r 1"* ■ T ?L FT T T * f L J-I U-L J._l_ L X L J - ?十工—工！ “二 ,■ j|=二3 J-L > kJ -5 Q 2 4 6 S 10 12 14 pH  相關信息如下: 接氣理? 浮尾處裝 a、四氯化硅遇水極易水解; b、硼、鋁、鐵、磷在高溫下均能與氯氣直接反應生成相應的氯化物; c、有關物質的物理常數(shù)見下表： 物質

17、 SiCl4 BCl3 AlCl 3 FeCl3 PCl3 沸點/oC 57.7 12.8 - 315 - 熔點/oC -70.0 -107.2 - - - 升華溫度/oC - - 180 300 162 請回答下列問題: ⑴寫出裝置A中發(fā)生反應的離子方程式： ① ⑵裝置A中g管的作用是 ②；裝置C中的試劑是 ③；裝置E中的h瓶需要冷卻的理 由是④。 ⑶裝置E中h瓶收集到的粗產(chǎn)物可通過精儲（類似多次蒸儲）得到高純度四氯化硅，精儲后 的殘留物中，除鐵元素外可能還含有的雜質元素是 ⑤（填元素符號）。 ⑷為了分析殘留物中鐵元素的含量，先將殘留物預處理，使鐵元素還原成 Fe2+,再用K MnO 4標準溶液在酸性條件下進行氧化還原滴定，反應的離子方程式是： 5Fe2++MnO 4-+8H+^5Fe3++Mn 2++4H2。 ①滴定前是否要滴加指示劑？ ⑥（填 是"或 否”）請說明理由 ⑦。 ②某同學稱取5.000g殘留物，經(jīng)預處理后在容瓶中配制成 100mL溶液，移取25.00mL試 樣溶液，用1.000 M0-2mol L-1KMnO4標準溶液滴定。達到滴定終點時，消耗標準溶液 20.00m L,則殘留物中鐵元素的質量分數(shù)是 ⑧_。